【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】人工視覺是人工智能和腦科學(xué)領(lǐng)域的重要分支，能夠模仿生物體復(fù)雜的視覺系統(tǒng)運(yùn)作方式，高效處理大量視覺信息、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境并實(shí)現(xiàn)多任務(wù)視覺感知，在面部識(shí)別、自動(dòng)駕駛汽車和視覺假體等應(yīng)用場(chǎng)景中變得越來越重要。目前最先進(jìn)的人工視覺系統(tǒng)仍然無法做到和生物體相媲美，視覺功能單一，器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度和成本較大。將多種視覺功能壓縮到單一的人工視覺感受器中仍然是一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
 

　　在國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京分子科學(xué)國家研究中心和北京同步輻射裝置的支持下，化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王翰林研究員和劉云圻院士團(tuán)隊(duì)受螳螂蝦視覺系統(tǒng)的啟發(fā)，將手性貴金屬納米團(tuán)簇和有機(jī)半導(dǎo)體材料堆疊，模擬螳螂蝦小眼感桿束的物理結(jié)構(gòu)和功能，搭建了晶圓級(jí)人工視覺感受器陣列，并在單個(gè)感受器中實(shí)現(xiàn)了顏色視覺、適應(yīng)性視覺以及圓偏振視覺。
 

　　該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)性探索了手性貴金屬納米團(tuán)簇的視神經(jīng)形態(tài)的潛力，并首次提出了光閥模型(light-valve model)解釋團(tuán)簇半導(dǎo)體界面在外界光刺激和電刺激下的載流子傳輸和捕獲行為。通過理論計(jì)算和飛秒瞬態(tài)吸收，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了團(tuán)簇有機(jī)半導(dǎo)體界面中配體輔助的電荷轉(zhuǎn)移過程。此外，該團(tuán)隊(duì)還解決了團(tuán)簇薄膜的晶圓級(jí)制造問題，為人工光感受器的高密度集成提供了基礎(chǔ)。與螳螂蝦的視覺系統(tǒng)高度相似，手性團(tuán)簇視覺感受器表現(xiàn)出優(yōu)異的光子感知和適應(yīng)能力(圖)，甚至在部分指標(biāo)上優(yōu)于螳螂蝦。光的明適應(yīng)可以在0.45秒內(nèi)觸發(fā)并執(zhí)行，準(zhǔn)確率達(dá)到99.75%，優(yōu)于人類視覺系統(tǒng)(約1分鐘)和螳螂蝦視覺系統(tǒng)(約數(shù)小時(shí))。人工團(tuán)簇視覺感受器還表現(xiàn)出光譜依賴性適應(yīng)和圓偏振視覺，這是首次報(bào)道在單一器件中實(shí)現(xiàn)對(duì)圓偏振光的響應(yīng)、識(shí)別、適應(yīng)和記憶功能。相關(guān)研究成果發(fā)表于Nature Communications期刊上(Nat. Commun.2024, DOI: 10.1038/s41467-024-46646-5)，共同第一作者是化學(xué)所博士生文巍，劉國才博士和魏曉芳博士后，通訊作者為王翰林研究員和劉云圻院士。
 

　　圖：受螳螂蝦啟發(fā)的人工納米團(tuán)簇光感受器。(a)螳螂蝦的示意圖及其眼睛的前視圖。(b)螳螂蝦視覺系統(tǒng)由平行排列的小眼、視神經(jīng)和大腦組成。(c)基于并五苯和手性銀納米團(tuán)簇異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)紫外-可見光和圓偏振光(CPL)敏感的人工納米團(tuán)簇光感受器(ACP)的示意圖。(d)并五苯和手性銀納米團(tuán)簇對(duì)映體的化學(xué)結(jié)構(gòu)。(e)人工納米團(tuán)簇光感受器的類螳螂蝦功能和解剖結(jié)構(gòu)。(f)晶圓級(jí)人工納米團(tuán)簇光感受器陣列的光學(xué)圖像。(g)銀納米團(tuán)簇的光閥模型圖。(h)人工納米團(tuán)簇光感受器對(duì)左手/右手圓偏振光的分辨和存儲(chǔ)